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自动焊接机中焊丝的移动检测是保证焊接质量的关键环节，主要用于监控焊丝送进速度、送丝稳定性、焊丝余量及是否出现卡丝、断丝等异常，常见检测方案需结合传感器选型、信号处理和控制逻辑，具体实现方式如下：

一、检测目标与核心参数

需检测的关键指标：

• 送丝速度：焊丝单位时间内的送出长度（如 3-15m/min，根据焊接工艺调整）；

• 送丝位置 / 位移：累计送丝量（用于控制焊接填充量）；

• 送丝状态：是否连续送进、是否卡丝（送丝阻力突变）、是否断丝（送丝中断）；

• 焊丝余量：卷轴上剩余焊丝长度，避免空焊。

二、常用检测方案与传感器选型

1. 基于旋转编码器的送丝速度 / 位移检测（最常用）

利用焊丝送进时带动机械结构旋转，通过编码器将旋转量转换为电信号，计算送丝参数。

• 硬件组成：

• 旋转编码器：优先选择增量式编码器（如 1000 线 / 2000 线，NPN/PNP 输出），安装在送丝轮的从动轮轴上（焊丝通过送丝轮时带动从动轮旋转，避免打滑影响精度）。

• 信号处理模块：PLC 的高速计数模块（如西门子 S7-1500 的 SM 1525、台达 DVP 的 HC 模块）或独立计数器，接收编码器的 A/B 相脉冲信号（区分方向）。

• 原理：

• 送丝轮每旋转 1 圈，焊丝送出长度 = 送丝轮周长（如直径 50mm，周长≈157mm）；

• 编码器每圈输出 N 个脉冲（如 2000 线），则每个脉冲对应焊丝位移 = 157mm / 2000 ≈ 0.0785mm；

• 通过 PLC 高速计数功能累计脉冲数，换算为送丝长度；计算单位时间内的脉冲数，换算为送丝速度（如 1 秒内 1000 个脉冲 → 1000×0.0785mm/s ×60≈4.71m/min）。

• 优势：成本低、精度高（±0.1mm 级），适合大多数熔化极焊接（MIG/MAG 焊）。

2. 基于激光 / 红外传感器的非接触式检测

针对焊丝表面光滑或易变形场景（如细直径焊丝 φ0.8mm 以下），采用非接触式检测避免机械摩擦影响。

• 硬件选型：

• 激光多普勒测速仪（如基恩士 LV 系列）：通过激光照射焊丝表面，利用多普勒效应直接测量移动速度（无需接触，精度可达 ±0.5%）。

• 视觉传感器（如康耐视 In-Sight）：拍摄焊丝运动图像，通过图像处理计算位移和速度（适合同时检测焊丝姿态偏移）。

• 原理：激光传感器输出与速度成正比的模拟量信号（4-20mA 或 0-10V），PLC 通过模拟量输入模块采集信号并换算为实际速度（如 20mA 对应最大速度 15m/min）。

• 优势：无机械磨损，适合精密焊接或细焊丝场景；缺点是成本较高，易受焊接烟尘干扰（需加装防尘罩）。

3. 基于张力 / 扭矩传感器的送丝状态检测

用于检测送丝阻力变化，判断是否卡丝或焊丝打结。

• 硬件选型：

• 张力传感器（如拉压力传感器，安装在焊丝导向轮处）：检测焊丝受到的横向张力，正常送丝时张力稳定，卡丝时张力骤增。

• 送丝电机扭矩反馈：通过伺服电机的扭矩信号（如台达 ASD 伺服驱动器的扭矩输出信号）间接判断，卡丝时电机负载增大，扭矩超过阈值。

• 原理：张力 / 扭矩信号经放大器转换为模拟量，PLC 设定阈值（如正常张力 5N，超过 8N 判定为卡丝），触发报警并停止送丝。

4. 焊丝余量检测

• 方案 1：编码器 + 卷轴直径计算：在焊丝卷轴轴上安装编码器，记录卷轴旋转圈数，结合卷轴初始直径和焊丝直径，计算剩余长度（剩余长度 = 平均周长 × 剩余圈数，平均周长随卷轴直径减小而变化）。

• 方案 2：超声波 / 光电传感器：在卷轴旁安装传感器，检测焊丝卷轴的半径变化（如超声波测距传感器测量卷轴表面到传感器的距离），换算余量。

• 方案 3：重量传感器：将焊丝卷轴放置在称重传感器上，通过重量变化计算剩余长度（已知单位长度焊丝重量）。

三、信号处理与控制逻辑（以 PLC 为例）

1. 信号采集：

• 编码器脉冲信号接入 PLC 高速计数器（如西门子 1500 的HC1），设置计数模式为 “quadrature （正交解码）”，区分正反转（避免焊丝回抽时误计数）。

• 模拟量信号（速度、张力）接入 PLC 模拟量输入模块（如 SM 1531），通过SCALE_X指令将 4-20mA 转换为实际物理量（如 0-15m/min）。

2. 送丝速度闭环控制：

• PLC 将设定速度（如 10m/min）与编码器检测的实际速度比较，通过 PID 算法调节送丝电机频率（如控制变频器输出或伺服电机速度），确保速度稳定（偏差≤±0.2m/min）。

• 示例逻辑（STL 语言简化）：

  plaintext

• L #SetSpeed       // 设定速度
  L #ActualSpeed    // 实际速度（编码器计算值）
  -I                // 计算偏差
  L #PID_Output     // PID输出
  // 输出控制送丝电机
  T #Motor_Speed

3. 异常判断与报警：

• 断丝检测：编码器脉冲在送丝指令有效时持续 0.5 秒无变化（速度 = 0），触发断丝报警（输出报警信号，停止焊接）。

• 卡丝检测：张力信号超过阈值（如 8N）或电机扭矩超限，立即停止送丝并反转退丝（避免焊丝折断）。

• 余量不足：当剩余长度≤5m 时，触摸屏显示 “焊丝余量低” 提示，余量≤1m 时自动停机。

四、安装与调试注意事项

1. 机械结构优化：

• 编码器从动轮需与焊丝紧密接触（加弹簧预紧），避免打滑（可在轮面增加橡胶层增大摩擦力）。

• 传感器安装位置远离焊接电弧和飞溅区，必要时加装水冷套或防护罩。

2. 抗干扰处理：

• 编码器信号线采用屏蔽双绞线，单端接地（与 PLC 共地），避免与动力线并行布线。

• 模拟量信号增加信号隔离器（如宇泰 UT-2572），抑制电磁干扰（焊接环境 EMC 干扰强）。

3. 校准方法：

• 速度校准：通过已知长度的焊丝（如 1 米），手动送丝并记录编码器脉冲数，计算脉冲 - 长度换算系数（修正机械误差）。

• 张力阈值设定：在正常送丝和卡丝状态下记录张力值，阈值设为正常最大值的 1.5 倍。

总结

自动焊接机的焊丝移动检测以旋转编码器 + PLC 高速计数为主流方案，兼顾成本与精度；配合张力传感器可实现异常状态监控，非接触式传感器适合特殊工况。核心是通过闭环控制确保送丝稳定，并快速响应异常（断丝、卡丝），从而保障焊接熔深均匀、避免焊偏或虚焊。